Glycomics - Glycomics

Glycomics es el estudio integral de los glicomicos (el complemento completo de azúcares , ya sean libres o presentes en moléculas más complejas de un organismo ), incluidos los aspectos genéticos, fisiológicos, patológicos y de otro tipo. Glycomics "es el estudio sistemático de todas las estructuras de glicanos de un tipo de célula u organismo dado" y es un subconjunto de la glicobiología . El término glycomics se deriva del prefijo químico para dulzor o azúcar, "glyco-", y se formó para seguir la convención de nomenclatura ómica establecida por la genómica (que se ocupa de los genes ) y la proteómica (que se ocupa de las proteínas ).

Desafíos

  • La complejidad de los azúcares: en cuanto a sus estructuras, no son lineales sino muy ramificados. Además, los glicanos pueden modificarse (azúcares modificados), esto aumenta su complejidad.
  • Vías biosintéticas complejas para glucanos.
  • Por lo general, los glicanos se encuentran unidos a proteínas ( glicoproteína ) o conjugados con lípidos ( glicolípidos ).
  • A diferencia de los genomas, los glucanos son muy dinámicos.

Esta área de investigación tiene que lidiar con un nivel inherente de complejidad que no se ve en otras áreas de la biología aplicada. 68 bloques de construcción (moléculas para ADN, ARN y proteínas; categorías para lípidos; tipos de enlaces de azúcar para sacáridos) proporcionan la base estructural para la coreografía molecular que constituye la vida completa de una célula. El ADN y el ARN tienen cuatro bloques de construcción cada uno (los nucleósidos o nucleótidos ). Los lípidos se dividen en ocho categorías basadas en cetoacilo e isopreno . Las proteínas tienen 20 (los aminoácidos ). Los sacáridos tienen 32 tipos de enlaces de azúcar. Si bien estos componentes básicos se pueden unir solo de forma lineal para proteínas y genes, se pueden organizar en una matriz ramificada de sacáridos, lo que aumenta aún más el grado de complejidad.

Agregue a esto la complejidad de las numerosas proteínas involucradas, no solo como portadoras de carbohidratos, las glicoproteínas , sino proteínas específicamente involucradas en unirse y reaccionar con carbohidratos:

  • Enzimas específicas de carbohidratos para síntesis, modulación y degradación.
  • Lectinas , proteínas de unión a carbohidratos de todo tipo.
  • Receptores , receptores de unión a carbohidratos circulantes o unidos a la membrana

Importancia

Para responder a esta pregunta se deben conocer las diferentes e importantes funciones de los glucanos. Las siguientes son algunas de esas funciones:

Existen importantes aplicaciones médicas de aspectos de los glicómicos:

Los glicómicos son particularmente importantes en microbiología porque los glicanos desempeñan diversas funciones en la fisiología bacteriana. La investigación en glucómicos bacterianos podría conducir al desarrollo de:

  • nuevas drogas
  • glucanos bioactivos
  • vacunas de glucoconjugado

Herramientas utilizadas

Los siguientes son ejemplos de las técnicas comúnmente utilizadas en el análisis de glucanos.

Espectrometría de masas (MS) de alta resolución y cromatografía líquida de alta resolución (HPLC)

Los métodos más comúnmente aplicados son MS y HPLC , en los que la parte de glicano se escinde enzimática o químicamente de la diana y se somete a análisis. En el caso de los glicolípidos, se pueden analizar directamente sin separación del componente lipídico.

Los N- glicanos de las glicoproteínas se analizan de forma rutinaria mediante cromatografía líquida de alto rendimiento (fase reversa, fase normal y HPLC de intercambio iónico) después de marcar el extremo reductor de los azúcares con un compuesto fluorescente (marcaje reductor). En los últimos años se introdujeron una gran variedad de etiquetas diferentes, donde 2-aminobenzamida (AB), ácido antranílico (AA), 2-aminopiridina (PA), 2-aminoacridona (AMAC) y 3- (acetilamino) -6-aminoacridina (AA-Ac) son solo algunos de ellos.

Los O- glicanos generalmente se analizan sin etiquetas, debido a las condiciones de liberación química que impiden que se etiqueten.

Los glicanos fraccionados de los instrumentos de cromatografía líquida de alto rendimiento (HPLC) se pueden analizar más a fondo mediante MALDI -TOF-MS (MS) para obtener más información sobre la estructura y la pureza. A veces, los grupos de glucanos se analizan directamente mediante espectrometría de masas sin prefraccionamiento, aunque la discriminación entre las estructuras de glucanos isobáricos es más difícil o incluso no siempre es posible. De todos modos, el análisis directo de MALDI -TOF-MS puede conducir a una ilustración rápida y sencilla de la reserva de glucanos.

En los últimos años, la cromatografía líquida de alta resolución en línea acoplada a la espectrometría de masas se hizo muy popular. Al elegir carbono grafítico poroso como fase estacionaria para cromatografía líquida, se pueden analizar incluso glicanos no derivatizados. La ionización por electropulverización ( ESI ) se utiliza con frecuencia para esta aplicación.

Monitoreo de reacciones múltiples (MRM)

Aunque MRM se ha utilizado ampliamente en metabolómica y proteómica, su alta sensibilidad y respuesta lineal en un amplio rango dinámico lo hacen especialmente adecuado para la investigación y el descubrimiento de biomarcadores de glicanos. La MRM se realiza en un instrumento de triple cuadripolo (QqQ), que está configurado para detectar un ión precursor predeterminado en el primer cuadripolo, un fragmento en el cuadrupolo de colisión y un fragmento de ión predeterminado en el tercer cuadripolo. Es una técnica sin escaneo, en la que cada transición se detecta individualmente y la detección de múltiples transiciones ocurre simultáneamente en los ciclos de trabajo. Esta técnica se está utilizando para caracterizar la glucometa inmunitaria.

Tabla 1 : Ventajas y desventajas de la espectrometría de masas en el análisis de glucanos

Ventajas Desventajas
  • Aplicable para pequeñas cantidades de muestra (rango fmol inferior)
  • Útil para mezclas complejas de glicanos (generación de una dimensión de análisis adicional).
  • Los lados de la unión se pueden analizar mediante experimentos de EM en tándem (análisis de glucanos específicos del lado).
  • Secuenciación de glicanos mediante experimentos de EM en tándem.
  • Método destructivo.
  • Necesidad de un diseño experimental adecuado.

Matrices

Las matrices de lectina y anticuerpos proporcionan un cribado de alto rendimiento de muchas muestras que contienen glucanos. Este método utiliza lectinas naturales o anticuerpos monoclonales artificiales , donde ambos se inmovilizan en un determinado chip y se incuban con una muestra de glicoproteína fluorescente.

Las matrices de glicanos, como la ofrecida por el Consortium for Functional Glycomics y Z Biotech LLC , contienen compuestos de carbohidratos que pueden seleccionarse con lectinas o anticuerpos para definir la especificidad de los carbohidratos e identificar ligandos.

Marcado metabólico y covalente de glucanos

El marcaje metabólico de los glicanos se puede utilizar como una forma de detectar estructuras de glicanos. Una estrategia bien conocida implica el uso de azúcares marcados con azida que pueden reaccionar usando la ligadura de Staudinger . Este método se ha utilizado para la obtención de imágenes in vitro e in vivo de glucanos.

Herramientas para glicoproteínas

La cristalografía de rayos X y la espectroscopia de resonancia magnética nuclear (RMN) para el análisis estructural completo de glucanos complejos es un campo difícil y complejo. Sin embargo, la estructura del sitio de unión de numerosas lectinas , enzimas y otras proteínas que se unen a los carbohidratos ha revelado una amplia variedad de bases estructurales para la función de la glucometa. La pureza de las muestras de ensayo se ha obtenido mediante cromatografía ( cromatografía de afinidad, etc.) y electroforesis analítica ( PAGE (electroforesis de poliacrilamida) , electroforesis capilar , electroforesis de afinidad , etc.).

Software y bases de datos

Hay varios programas y bases de datos en línea disponibles para la investigación de glucómicos. Esto incluye:

Ver también

Referencias

enlaces externos